Tema 1.2 Espectro Electromagnético

Plataforma Educativa UNIDEG Materia: Seminario de Redes Avanzadas

Documento tomado de Espectro electromagntico y espectro radioelctrico, Javier Luque Ordez, ACTA.

Tema 1.2 Espectro electromagntico

Ondas Electromagnticas Se define la propagacin como un mecanismo de transporte de energa en el espacio y en el tiempo. Una onda es una propagacin de una perturbacin de alguna propiedad en un medio determinado. Ejemplos de propiedades son la densidad, la presin, el campo elctrico o el campo magntico. Ejemplos de medios de propagacin son el aire, el agua, un metal o el vaco. Una onda electromagntica es la propagacin simultnea de los campos elctrico y magntico producidos por una carga elctrica en movimiento. Las principales caractersticas de las ondas electromagnticas son las siguientes:

No necesitan un medio para propagarse: pueden propagarse en el vaco o en cualquier otro medio.

Son tridimensionales: se propagan en las tres direcciones del espacio. Son transversales: la perturbacin se produce perpendicularmente a la

direccin de propagacin.

Espectro electromagntico. Definicin Al flujo saliente de energa de una fuente en forma de ondas electromagnticas se le denomina radiacin electromagntica. Esta radiacin puede ser de origen natural o artificial. El espectro electromagntico es el conjunto de todas las frecuencias (nmero de ciclos de la onda por unidad de tiempo) posibles a las que se produce radiacin electromagntica.



As, el lmite terico inferior del espectro electromagntico es 0 (ya que no existen frecuencias negativas) y el terico superior es . Con los medios tcnicos actuales, se han detectado frecuencias electromagnticas inferiores a 30 Hz y superiores a 2,91027 Hz. Aunque formalmente el espectro es infinito y continuo, se cree que la longitud de onda electromagntica (distancia entre dos valores de amplitud mxima de la onda) ms pequea posible es la longitud de Planck (lp1,61625210-35 m), distancia o escala de longitud por debajo de la cual se espera que el espacio deje de tener una geometra clsica (medidas inferiores no pueden ser tratadas en los modelos de fsica actuales debido a la aparicin de efectos de gravedad cuntica). Igualmente, se piensa que el lmite mximo para la longitud de una onda electromagntica sera el tamao del universo.

Espectro electromagntico y telecomunicaciones

As, las ondas electromagnticas, convenientemente tratadas y moduladas (normalmente, variando de forma controlada la amplitud, fase y/o frecuencia de la onda original), pueden emplearse para la transmisin de informacin, dando lugar a una forma de telecomunicacin. Hoy da se utilizan masivamente ondas electromagnticas de diferentes frecuencias para la transmisin de informacin por medios guiados (par trenzado, cable coaxial, fibra ptica, etc.) y por medios no guiados (normalmente el aire o el vaco). Las frecuencias utilizadas en cada caso dependen del comportamiento de las mismas en los diferentes materiales utilizados como medios de transmisin, as como de la velocidad de transmisin deseada. En el caso particular de que la propagacin de ondas electromagnticas se realice por medios no guiados, a esta forma de telecomunicacin se le denomina radiocomunicacin o comunicacin inalmbrica. As, se denomina espectro radioelctrico a la parte del espectro electromagntico utilizada principalmente para radiocomunicaciones.



Divisin del espectro electromagntico No todas las ondas electromagnticas tienen el mismo comportamiento en el medio de propagacin, la misma procedencia o la misma forma de interaccin con la materia. Por ello, el espectro electromagntico se divide convencionalmente en segmentos o bandas de frecuencia. Esta divisin se ha realizado en funcin de diversos criterios, y en todo caso no es exacta, producindose en ocasiones solapamientos en las bandas, pudiendo una frecuencia quedar por tanto incluida en dos rangos (por ejemplo, debido a diferentes fenmenos fsicos que originan la radiacin, o a diferentes aprovechamientos de la energa radiada a una frecuencia concreta). La clasificacin ms tpica del espectro electromagntico establece las siguientes categoras de radiacin electromagntica:

Ondas subradio. Ondas radioelctricas. Microondas. Rayos T. Rayos infrarrojos. Luz visible. Rayos ultravioleta. Rayos X. Rayos gamma. Rayos csmicos



Interaccin de ondas electromagnticas y materia Cada segmento del espectro electromagntico en general (y del espectro radioelctrico en particular) se comporta de forma diferente en su propagacin por el medio de transmisin. Existen multitud de aspectos a considerar para establecer diferentes clasificaciones del espectro electromagntico y para utilizar las diferentes frecuencias para distintos propsitos. Entre los elementos a tener en cuenta se encuentran: Atenuacin con la frecuencia: Con carcter general, a menor frecuencia menor atenuacin de la seal y por tanto mayor alcance o cobertura. Afectacin de la climatologa: Factores como lluvia, nieve, niebla, calor, etc., no afectan por igual a las diferentes frecuencias del espectro. Comportamiento frente a obstculos: Importante para cubrir grandes distancias y para ubicar repetidores. Esta capacidad disminuye al aumentar la frecuencia. Capacidad de penetracin: Fundamental para la cobertura en interiores, vara con la frecuencia. Coste de los equipos: En general, a frecuencias ms altas, mayor es el coste de los equipos de emisin, recepcin y tratamiento de la seal. Capacidad de transmisin: El ancho de banda es fundamental en comunicaciones. A frecuencias bajas hay menos espectro disponible para compartir y adems las tasas de transmisin son muy bajas. Comportamiento frente a las capas atmosfricas: Las distintas frecuencias no se comportan igual en la ionosfera o en la troposfera, e incluso hay ondas que se propagan por la superficie terrestre. Existen as diversos modos de propagacin de las ondas. Igualmente, las propiedades de interaccin de las ondas electromagnticas con la materia no son nicamente empleadas para fines de telecomunicaciones. Muchas de estas propiedades (reflexin, refraccin, radiacin trmica, comportamientos segn diversos materiales, etc.) son utilizadas para aplicaciones industriales, cientficas, mdicas o domsticas.



Tipos de onda segn propagacin Los modos de propagacin de una onda electromagntica dependen de su frecuencia y de las caractersticas elctricas del terreno subyacente y de la atmsfera.

Pueden distinguirse diferentes modos de propagacin o tipos de onda: Onda de superficie: Para frecuencias inferiores a 30 MHz, con largos alcances y gran estabilidad de las seales. Las caractersticas del suelo influyen de forma notable en la propagacin. Onda ionosfrica: Para frecuencias comprendidas entre 3 y 30 MHz. La propagacin se produce por reflexin de las ondas en la ionosfera (capa ionizada de la atmsfera). Grandes alcances, pero cierto grado de inestabilidad en las seales. Onda espacial: Para frecuencias superiores a 30 MHz. La propagacin se realiza a travs de las capas bajas de la atmsfera terrestre (troposfera) y eventualmente puede tomar parte el suelo. Onda estable, aunque limitada aproximadamente al campo de visin directa, pudiendo ser afectada por desvanecimientos de seal.



Se distinguen tres submodos: - Onda directa, que enlaza transmisor con receptor. - Onda reflejada, que conecta el transmisor y el receptor a travs de una reflexin en el terreno subyacente. - Ondas de multitrayecto, que alcanzan el receptor tras sufrir reflexiones en capas frontera de estratos troposfricos. Onda de dispersin troposfrica: La propagacin se basa en reflexiones ocasionadas por discontinuidades debidas a variaciones turbulentas de las constantes fsicas de la troposfera (concretamente del ndice de refraccin, provocando una reflexin dispersiva). Prdidas muy elevadas, sujeto a desvanecimientos profundos. El medio de transmisin influye en la propagacin de las ondas electromagnticas mediante fenmenos fsicos como reflexin, refraccin, difraccin, dispersin o absorcin, entre otros. Sus efectos dependen del medio (tipo de terreno, condiciones y capas de la atmsfera), as como de la frecuencia y de la polarizacin de la onda emitida. Por ejemplo, a partir de ciertas altas frecuencias las ondas pueden atravesar las capas de la atmsfera, dando lugar a comunicaciones con el espacio exterior empleando satlites espaciales para comunicaciones.

Documents

Tema 1.2 Espectro Electromagnético